化学毕业论文 分光光度法测定水样CODMn值的探讨.doc

目 录 摘要 1 引言 1 1实验部分 3 1.1仪器与试剂 3 1.2 实验方法 4 2 结果与讨论 4 2.1 吸收波长的选择 4 2.2 反应介质的优化 5 2.3 高锰酸钾用量的选择 5 2.4 COD值工作曲线的绘制 6 3.样品测定 7 参考文献 8 致 谢 10 分光光度法测定水样CODMn值的探讨 摘要：高锰酸钾法测定水体中的COD，由于分析速度快、消耗费用较低、环境污染少等, 所以在地表水测定中得到广泛应用。本文研究了地表水中化学需氧量的分光光光度法测定方法，并用分光光度法和碘量法分别对不同COD浓度水平的葡萄糖标准溶液及所测水样进行分析。结果显示，测定结果没有显著性差异，表明分光光度法测定地表水的COD可行。 关键词：化学需氧量 CODMn 高锰酸钾法 分光光度法 Abstract: Using KMnO4 method to measure COD in water has the advantage of quick operation, Low cost, Low environment pollution, and has been widely used in earth surface water measurement. This paper studies the spectrophotometer of COD in surface waters Light spectrophotometric determination methods, and spectrophotometry and by iodine volume method for different respectively COD concentration Levels of glucose standard solution and test water samples. The results showed that there is no significant difference between testing results, sepctrophotometry the COD feasible surface water. Key words : CODMn Potassium permanganate method; spectrophotometry 引言 世界各国进入工业化社会以来，环境问题也随之而来，对于环境的关注也越来越多，水作为环境中极其重要组成部分，水环境问题理所当然受到越来越高的重视[1]。近百年来水污染和水资源缺乏是当今世界重大的环境问题之一, 也是人类面临的严重挑战[2]。根据国家环境监测网对长江、珠江、黄河、淮河、松花江、海河和辽河等七大水系的地表水面监测结果表明,水质达到一至三类标准的不到一半,而水质低于劣五类的占到了四分之一。在人均水资源严重不足的背景下,我国严重的水污染更是加剧了水资源短缺的矛盾。随着我国工业规模的急剧扩大和城市化进程的加快,导致工业废水和生活污水的排放量大大增加。不断排入水体的污染物已经明显超过了环境容量和环境的自我净化能力,从而造成水体污染越来越严重[3]。我国污水、废水排放量每天约1立方米亿m3。之多，其中城市生活废水约占40%，工业废水占60%。2000年，全国工业和城市生活废水排放量为415亿吨，其中工业废水排放量194亿吨，城市生活污水排放量221亿吨。废水中化学需氧量(COD)排放总量1445万吨，其中工业废水中COD排放量705万吨，生活污水中COD排放量740万吨[4]。随着我国经济的发展，人类活动的增加，地表水污染严重，我国七六在水各类物质污染中，有机污染是现在增长最快且情况最为严重的污染大水系中有80%的水域受到污染，且多为有机污染［5-7］。由于废水中有机物种类很多，难以分别定性和定量，因此有必要用一综合指标来评价水体中的有机污染[8]。高锰酸盐指数( CODMn) 作为我国城市及其附近河流的主要污染指标之一, 综合反映了水体中还原性物质( 主要是有机物) 污染程度, 在日本、德国和俄罗斯等国的水质监测项目中, 高锰酸盐指数均是必须监测的水质指标[ 9-11]。在我国2006年颁布的«生活饮用水卫生标准» ( GB5749 -2006) 中, 亦将高锰酸盐指数提升为常规监测项目[12]。化学需氧量COD（Chemical oxygen demand ）是指在一定条件下，采用一定的强氧化剂处理水时所消耗的强氧化剂的量，折算成氧的量（以单位mg/L计）。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。对于河流和工业废水的研究及污水处理厂的效果评价来说，它是一个重要而易得的参数[13]。COD超标会造成水体缺氧，致使水生生物死亡，水体发臭，从而破坏生态系统的平衡，恶化人类的生存环境[14]。 测定化学需氧量标准方法是高锰酸钾法（GB11892-89）和重铬酸钾法（GB11914-89）。地表水、地下水、饮用水和生活污水的测定一般用高锰酸钾法，而工业废水、污染源的水则应采用重铬酸钾法测定。但是标准的K2Cr2O7法有如下缺点：（1）样品消化耗时长，工作量大，消耗试剂多，能耗高；（2）在分析中要使用银盐、汞盐及铬盐，成本很高并造成二次污染；（3）如果待测溶液中含有氯离子、亚硝酸根离子等，它们会与消化剂反应或与催化剂作用，使测定结果产生较大偏差。标准的KMnO4法缺点为:（1）KMnO4标准溶液配制与标定耗时较长；（2）在高温消解时，Na2C2O4易遇热分解，造成结果误差；（3）Na2C2O4需在不同时段两次加入，作用较难理解；（4）测定时，滴定终点不易准确控制，造成滴定终点拖后[15]。因此，近些年来，在化学需氧量现有测定方法的研究、改进及快速测定方法的新技术推广方面，都有了不小的进展。 本论文采用高锰酸钾法测定水样COD值，测定原理为：水体中的还原性物质被KMnO4在酸性介质中氧化后，紫色的MnO4-被还原为近无色的Mn2+,水样COD值越大，被还原的KMnO4越多，剩余的MnO4¯越少，颜色也就越浅，在波长520 nm处的吸光度值下降，这样就可以根据COD值的变化测得被测水样的COD值[16]。 本方法在水样消解上采用固定时间法，消解时间为10 min，消解水温为100℃水样消解完后，不再加入在高温下易分解的Na2C2O4，而是直接流水冷却消解后的水样，使KMnO4停止与水样中还原物质的反应。然后根据反应剩余KMnO4的量，采用光度分析法测出水样的COD值[17]。此法操作简单、耗时短、且不需消耗有毒试剂、试剂用量少，结果准确、稳定性好。据文献调研，没有类似文章发表，具有一定的新意。现将具体实验方法和方案汇报如下： 1实验部分 1.1仪器与试剂 S-22PC型分光光度计（上海棱光技术有限公司） BS210S电子分析天平（北京赛多利斯天平有限公司） 超级恒温水浴锅（浙江余姚工业仪表二厂） 电炉（天津市中环实验电炉有限公司） 离心机、秒表、滴定管、容量瓶等 KMnO4 ： 分析纯（99.5%） M=158.3 天津市化学试剂六厂三分厂 葡萄糖： 分析纯 M=198.17 分子式：C6H12O6.H2O 天津市恒兴化学试剂 草酸钠： 优级纯（99.8%） M=134.0 北京化工厂 H2SO4（1+3）的制备：取150 mL蒸馏水于500 mL大烧杯中，再取50 mL浓硫酸缓慢加入烧杯中，边加热边用玻璃棒缓慢搅拌，配制1+3的H2SO4溶液。 0.02 moL/L KMnO4标准溶液的配制及标定[18]：称取固KMnO4体1.5878 g溶于500 mL水中，盖上表面皿，加热至沸并保持微沸状态1小时，冷却后贮存于棕色试剂瓶中，静置备用。准确称取在烘箱105 ℃干燥2小时的Na2C2O4基准物质3份，分别置于250 mL锥形瓶中，加入60 mL水使之溶解，加入10 mL H2SO4。在水浴上加热到73.8 ℃，趁热用高锰酸钾溶液滴定，开始时滴定反应速率慢，待溶液中产生了Mn²+后，滴定速度可加快，直到溶液呈现微红色并持续半分钟内不退色即为终点，记下KMnO4溶液体积V1、V2、V3。 0.002 moL/L KMnO4溶液：吸取0.02 moL/L KMnO4标准溶液25.00 mL置于250 mL容量瓶中，以新煮沸且冷却的蒸馏水稀释至刻度。 0.005 moL/L Na2C2O4标准溶液：将Na2C2O4于100-105 ℃干燥2小时，在干燥器中冷却至室温，准确称取0.1708 g于小烧杯中，加水溶解后，定量转移至250 mL容量瓶中，以水稀释至刻度。 COD标准储备液的配制：将葡萄糖在50-60度烘干2 h，准确称取m=0.2507 g溶于少量蒸馏水中，转入500 mL容量瓶中，定容至标线(查[19]葡萄糖实际需氧量为0.630g/g)、混匀。此溶液的理论COD值为500 mg/L储备液。 不含还原性物质的水：将1L蒸馏水置于全玻璃蒸馏器中，加入10 mL（1+3）H2SO4和少量高锰酸钾溶液，蒸馏，弃去100 mL初馏液，余下馏出液储存于具玻璃塞的细口瓶中。 1.2 实验方法 在两个洁净、干燥的250 mL锥形瓶内，分别加入不含还原性物质的水样（空白）和测定水样各100.00 mL，分别加入5.00 mL H2SO4（1+3），18.00 mL KMnO4溶液，将两个锥形瓶同时放入沸腾的水（用1000 mL大烧杯取400-500 mL水置于电炉上加热）中准确加热消化10 min，取出，用流水冷却至室温，然后，将溶液转移至离心管中，在离心机中以5000转/分的转速离心3分钟，分别将离心后的清夜转移至比色皿中，测出它们在520 nm处的吸光度，空白溶液的吸光度记为A0，测定溶液的吸光度记为A。计算ΔA=A0-A。 2 结果与讨论 2.1 吸收波长的选择 按实验方法对消化后的试液进行光度测定，即在分光光度计上，以蒸馏水为参比，从400 nm开始，每隔10 nm测定一次样品吸光度值，直到波长变化到750 nm，绘制样品吸收曲线（图1）。由数据和图可知，最大吸收波长为520 nm时几乎无干扰，故 520 nm为测定波长。  EMBED Origin50.Graph 
 图1 KMnO4吸收曲线 2.2 反应介质的优化 此反应为氧化-原反应，须在酸性条件下进行反应，本实验分别选择了常见的三大酸硝酸、硫酸和盐酸作为反应体系。在两个洁净、干燥的250 mL锥形瓶中分别加入不含还原性水和2.0 mg/L水样各100 mL分别加入5.00 mLHNO3，18.00 mLKMnO4溶液，将锥形瓶放入沸腾的水中准确加热消化10 min，测出它们在520 nm处的吸光度，测得空白A0=0.729,COD标A=0.667 依次把反应介质换为硫酸、盐酸，按照实验方法进行操作 实验结果表明，HNO3因具有氧化性，它本身会与水样中的还原性物质反应，最终使水样COD Mn值偏小；HCl因具有还原性，本身就会消耗一定量的KMnO4，最终使水样COD Mn值偏大；H2SO4性质因接近中性，又是强酸，所以用它为体系提供酸性环境，实验结果最准确，且最稳定。故本实验选用H2SO4为反应介质。因最终测定体积为115.00 mL，硫酸最佳用量为5.00 mL。 2.3 高锰酸钾用量的选择 因空白溶液所对应的ΔA就是所用KMnO4本身的吸光度，所以KMnO4最大用量应为其吸光度与本身用量呈线性的最高点。分别准确移取所配置的KMnO4溶液1.00、3.00、5.00、7.00、9.00、10.00、12.00、14.00、16.00、18.00 mL于10个洁净干燥的锥形瓶内，分别加入5.00 mL H2SO4 (1+3),不含还原性物质水样至总体积为115 mL，混匀后，将溶液转移至比色皿中，测出它们在520 nm处的吸光度，以KMnO4体积为横坐标，A值为纵坐标，绘制KMnO4工作曲线（图2），从而可知，KMnO4用量为18.00 mL。  EMBED Origin50.Graph 
 图2 KMnO4用量的选择 2.4 COD值工作曲线的绘制 取100 mL蒸馏水，5.00 mL H2SO4,18.00 mL KMnO4于锥形瓶中，按照实验方法，加热消化，测得吸光度A0=0.791 配置一系列不同浓度的COD值标准溶液，分别依次向上述组成的溶液中加入0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、8.0、9.0、10.0、10.5 mg/LCOD标准溶液，按照实验方法，加热消化，分别测定它们对应的吸光度A值，由空白溶液A0值，并计算出ΔA=A0-A,绘制ΔA-CODMn曲线（图3），把加入COD标液的体积用量换算成质量浓度，并约化，得曲线的回归方程为ΔA=-0.02699+0.06661×CODMn（单位：mg/L）,R=0.99233,线性范围为：COD值0.1-12 mg/L  EMBED Origin50.Graph 
 图3 COD标准工作曲线 3.样品测定 准确移取沙颍河水、自来水、周口公园不同处的水各100 mL（其中根据水污染程度对水样进行不同程度的稀释）于4个洁净干燥的250 mL锥形瓶内，其余步骤同实验方法，分别测其对应的A值（平行测定4个样品），并计算出对应的ΔA值，代入工作曲线回归方程，计算出其CODMn值（见图表1）。